Интенсивно развивающиеся общая теория систем и прикладной системный анализ были созданы для решения глобальных проблем с привлечением усилий многих специалистов, представляющих разные научные дисциплины как гуманитарного, так и естественнонаучного профиля. Объектом применения системного анализа являются такие масштабные проблемы, как, например, стабильность биосферы, эволюция климата, загрязнение среды и нехватка сырья.
Предлагаемая вниманию читателя монография представляет собой удачный пример практического применения методов системного анализа к решению более скромных задач трения, изнашивания и смазки. Здесь наиболее естественно реализуется главное достоинство системного подхода — возможность решения задач междисциплинарного характера. Это достоинство убедительно показано автором книги, усилиями которого системный подход получил широкое распространение в ФРГ, где им владеют многие специалисты по трению, изнашиванию и смазке, решающие практические задачи, выдвигаемые промышленностью и транспортом.
Особенностью монографии, отличающей ее от других работ по трибонике, является последовательное применение методов системного анализа к научно-технической дисциплине, которая трудно поддается систематизированному изложению. Применение понятия системы к узлам трения в технике и природе позволило автору систематизировать результаты исследований по трению, изнашиванию, смазке и разработать основу для такого подхода к этим исследованиям, при котором наиболее полно учитываются все свойства элементов узлов трения и все взаимосвязи между свойствами этих элементов.
Предложенную автором в качестве такой основы элементарную трибомеханическую систему можно считать минимальной в том слысле, что она содержит наименьшее число параметров и взаимосвязей, без которых невозможно исследование процессов трения и изнашивания. Научные представления о процессах трения, изнашивания и смазки сформулированы автором по результатам более 400 публикаций (в основном последних лет). По этой причине описание механики контактов, теории трения, механизмов образования износа и режимов смазки неизбежно совпадает с описаниями, уже приведенными в книгах других авторов, в том числе советских ученых, которым принадлежит большой и признанный вклад в мировую науку.' Представляет
интерес изложение методов испытания, моделирования и контроля узлов трения с применением современных измерительных средств и особенно методов исследования изношенных поверхностей, таких, как оптические интерференционные методы, рентгеновский микроанализ, электронная спектроскопия, электронная и ионная микроскопия, которые позволяют изучать структуру поверхности с разрешающей способностью от долей микрометра до размеров молекулы.
Книга содержит практические рекомендации по применению сие- -темной методологии, не требующие больших усилий для внедрения. Автором разработана карта данных трибомеханической системы, позволяющая в компактной форме представить всю необходимую информацию для описания узла трения. Такие карты весьма полезны для решения многих практических задач от постановки исследования и до согласования режимов применения материалов. Они также необходимы для ориентированных на практические применения каталогов, содержащих чрезвычайно обширный объем информации в удобной для конструктора форме.
При переводе с английского языка монографии, посвященной трению, изнашиванию и смазке, возникают естественные трудности, связанные с неоднозначным соответствием английского термина «трибология» принятому в нашей стране термину «трибоника». В соответствии с определением трибологии как научно-технической дисциплины, изучающей взаимодействие поверхностей в относительном движении и относящиеся к этому взаимодействию практические вопросы, она объединяет трибонику, или науку о трении, изнашивании и смазке, и триботехнику, или приложение этой науки к инженерным задачам. По этой причине в переводе применены термины «трибологические процессы», «трибологические взаимодействия» и «три-бологические характеристики», указывающие на их отношение к науке и практике.
Несколько утомительным для внимательного читателя может ока*-заться многократное повторение описания элементарной трибомеханической системы, приводимое почти в каждой главе. Однако это позволяет знакомиться с содержанием выборочно, по главам, представляющим для читателя наибольший интерес, как это рекомендовано автором в разд. 1.4. Книга рассчитана на широкий круг ученых и инженеров, поскольку она дает представление не только о решении задач трибоники, но и о практике применения системного анализа и основных идеях системных исследований.
С. Харламов
ПРЕДИСЛОВИЕ
В этой книге предлагается системный подход к трибонике — основам трения, смазки и износа и влиянию этих процессов на структуру и функцию динамических механических систем. Так как трение определяет основные потери полезной механической энергии, а износ является главной причиной замены оборудования, углубленное понимание и эффективное применение основ трибоники жизненно важны для сохранения энергии и материалов в технической конструкции.
Замысел этой книги возник во время работы автора (с начала 70-х годов) в составе Международной исследовательской группы по износу материалов под эгидой Организации экономического развития и сотрудничества. Теоретические соображения и практический опыт выявили настоятельную потребность в общем, практически полезном основании, чтобы связать воедино междисциплинарные "стороны трибоники от механики контакта, физики поверхностей и гидродинамики до технологии производства подшипников и вопросов обслуживания и надежности механического оборудования. Кроме того, в последние годы стало очевидным, что конкретные аналитические методы выделения и изучения отдельных явлений и трактовки характеристик трения и износа по аналогии с остальными (объемными) механическими свойствами материалов недостаточно эффективны при решении сложных проблем трибоники. Действительно, первоначальное определение трибоники как «научно-технической дисциплины, изучающей взаимодействие поверхностей в относительном движении и родственные практические вопросы», очевидно, связано с динамической механической системой. Таким образом, трение, изнашивание и многие смежные явления важны вследствие динамического характера взаимодействия между движущимися деталями систем. (Перечень механических систем, в которых возникают процессы трения и изнашивания, приведен в приложении I). Установлено, что применение системного подхода и общей теории систем особенно удобно для развития теоретического основания трибоники, поскольку оно позволяет объединить разные научные и технические дисциплины. Таким образом, трибомеханическая система Должна описываться в рамках ее структуры (элементы системы, свойства элементов, взаимосвязи между элементами), а также ее функции (входы, выходы, передаточные функции). В анализе электрических
ОГЛАВЛЕНИЕ
От переводчика...................... 5
Предисловие....................... -7
Обозначения....................... 10
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ И СОСТОЯНИЕ ПРЕДМЕТА...... 13
1.1. Динамика физических систем и возникновение трения и износа ..................... 13
1.2. История развития трибоники............ 15
1.2.1. Исследования трения............. 15
1.2.2. Исследования износа............. 18
1.2.3. Исследования смазки.............. 19
1.3. Содержание дисциплины трибоники.......... 22
1.4. Содержание книги................ 23
Литература.................... 24
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ... 27
2.1. Введение.................... 27
2.2. Описание системы................ 29
2.3. Сохранение энергии, цепи, аналогии......... 31
2.4. Методы графов связей.............. 32
2.5. Классификация систем.............. 33
Литература ................... 35
ГЛАВА 3. ОБЩЕЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОСНОВАНИЕ ТРИБОНИКИ 37
3.1. Применение понятий системного анализа в трибонике . ... 37
3.2. Функция трибомеханических систем.......... 40
3.3. Структура трибомеханических систем......... 42
3.4. Трибологические взаимодействия........... 45
3.4.1. Функциональная плоскость........... 45
3.4.2. Плоскость механической работы......... 47
3.4.3. Плоскость тепла............... 49
3.4.4. Плоскости материалов............ 50
3.5. Заключение................... 53
Литература.................... 54
ГЛАВА 4. ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ......... 55
4.1. Роль трибологических процессов в механических системах . . 55
4.2. Процессы контакта................ 56
4.2.1. Механика контакта.............. 57
4.2.2. Физика и химия контакта........... 64
4.3. Процессы трения.................. 75
4.3.1. Тангенциальные силы в контактных процессах .... 75
4.3.2. Трение скольжения.............. 78
4.3.3. Трение качения............... 85
4.3.4. Передача и рассеивание энергии........ 89
4.4. Процессы изнашивания............... 97
4.4.1. Общее описание............... 97
4.4.2. Механизмы поверхностного усталостного изнашивания ................... 104
4.4.3. Механизмы абразивного изнашивания....... 111
4.4.4. Механизмы адгезионного изнашивания...... 116
4.4.5. Механизмы коррозионно-механического изнашивания 120
4.4.6. Сложность процессов изнашивания....... 123
4.5. Режимы смазки................. 126
4.5.1. Кривая Штрибека и режимы смазки ...... 126
4.5.2. Гидродинамическая смазка........... 128
4.5.3. Упругогидродинамическая смазка........ 138
4.5.4. Смешанная смазка.............. 145
4.5.5. Граничная смазка.............. 146
4.5.6. Пределы работоспособности смазки....... 156
Литература.................... 163
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА
СТРУКТУРУ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ....... 171
5.1. Общие соображения................ 171
5.2. Изменения свойств элементов системы......... 172
5.2.1. Изменения топографии поверхностей....... 173
5.2.2. Изменения состава поверхностей........ 179
5.2.3. Изменения прочностных свойств поверхности .... 184
5.3. Потери материала................ 188
5.4. Способы исключения износа............ 190
5.4.1. Пленки жидкости............... 192
5.4.2. Магнитные поля............... 194
5.4.3. Промежуточные эластомеры.......... 196
5.4.4. Упругие элементы.............. 196
5.4.5. Износостойкие покрытия............ 198
9П1
Литература.................... zul
ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА
ФУНКЦИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ....... 204
6.1. Общие соображения................ 204 *¦
6.2. Передача движения и скачкообразное скольжение .... 207
6.2.1. Динамика трибомеханических систем....... 207
6.2.2. Моделирование скачкообразного движения..... 210
6.3. Механический к.п.д................. 212
6.4. Функциональные отказы.............. 217
6.4.1. Причины отказа............... 217
6.4.2. Пример. Виды отказов зубчатых колес...... 220
6.5. Надежность механического оборудования....... 223
6.6. Требования правильного функционального поведения . . . 229
6.6.1. Изучение альтернативных решений....... 229
6.6.2. Конструирование структуры системы....... 230
6.6.3. Выбор рабочих переменных.......... 231
6.6.4. Контроль функции системы.......... 233
Литература.................... 235
ГЛАВА 7. ТРИБОМЕТРИЯ. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ, МОДЕЛИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ............. 237
7.1. Введение.................... 237
7.2. Методы испытаний на трение и изнашивание..... 238
7.2.1. Типы испытуемых систем трибометров...... 240
7.2.2. Контроль рабочих переменных......... 241
7.2.3. Трибометрические характеристики........ 245
7.3. Модельные испытания............... 252
7.4. Испытания триботехнических узлов.......... 259
7.5. Контроль состояния машин.............. 263
7.6. Методы исследования поверхностей.......... 270
Литература.................... 283
ГЛАВА 8. ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА В
ТРИБОНИКЕ.................. 286
8.1. Введение.................... 286
8.2. Карта данных трибомеханической системы...... 287
8.2.1. Техническая функция системы.......... 289
8.2.2. Рабочие переменные............. 289
8.2.3. Структура системы.............. 290
8.2.4. Трибологические характеристики........ 292
8.3. Описание триботехнических систем.......... 294
8.4. Представление результатов исследований трения и изнашивания ..................... 296
8.5. Применение системного подхода к решению задач трибоники. Примеры.................... 298
8.5.1. Исследование справедливости законов кулонова трения
для пар скольжения полимер —сталь....... 300
8.5.2. Оценка трибологических характеристик износостойких
¦ диффузионных поверхностных покрытий...... 304
, 8.5.3. Выбор материала для подшипника, работающего в
морской воде................ 309
8.5.4. Выбор смазки для приборного подпятника..... 315
8.5.5. Снижение сильного износа конструкции кулачок —толкатель .................. 317
8.5.6. Снижение шума системы колесо — рельс, вызванного трением.................. 320
8.5.7. Исследование отказов электрических контактов .... 324
8.5.8. Перечень характеристик процессов обработки металлов ................... 327
Литература.................... 331
- Приложение I. Список основных триботехнических систем .... 333
Приложение II. Элементы триботехнических систем........ 337
Приложение III. Библиографическая работа. Документация в трибонике ................... 340
Предметный указатель................... 343
Цена: 300руб.
